不同加载速率下煤体强度与破碎特征实验研究

通过AG-Ⅰ250 kN万能实验机对滇东矿区煤体试件进行单轴压缩实验,探讨了突出危险煤体在不同荷载速率环境下的强度特性与破碎特征。结果表明:煤体应力—应变曲线经历线弹性、塑性、峰后破坏3个阶段,弹性特征随加载速率的增加愈发明显;随着加载速率的增加,煤体峰值应变增大,弹性模量与加载速率呈线性关系;煤体在单轴压缩条件下的破坏形式多表现为脆性破坏,随着加载速率的增加,破碎煤样的折算直径减小,新增表面积增大,整体破碎程度随加载速率的增加而增大,与宏观煤体破坏剧烈程度吻合;不同加载速率下煤体强度特征符合Coulomb准则,峰值强度与达到破坏时间与加载速率呈线性关系。

煤矿巷道围岩强度分布特征研究

为了更好掌握巷道煤岩体强度特征,了解其在空间、时间上的变化规律,通过钻孔剪切法对巷道围岩、煤体强度进行了原位测试。研究结果表明:当测试深度不断变大时,整体上黏聚力呈现出逐渐提升的趋势;测孔在帮部时,深度逐渐增大下,单轴压缩强度与黏聚力也随之慢慢增大;对比新掘巷道,开挖4个月的巷道围岩黏聚力有显著的降低。

钻孔法测定煤体强度的研究

提出了利用打钻过程测定煤体强度的方法．通过实验证明，打钻时的钻削功率值能够反映被钻削煤体的坚固性系数，二者基本上呈线性关系．应用该方法在现场的测定结果符合实际情况，为在现场实测煤体强度提供了一种新的方法．

极软厚煤层综采面超前支撑压力的分布规律

针对极软厚煤层围岩控制问题,以河南神火集团梁北矿11151工作面煤层赋存条件为依据,采用Flac5.0数值计算软件模拟分析了煤层采高和煤体强度对工作面超前支撑压力和围岩变形的影响规律,现场实测了梁北矿11151极软厚煤层大采高工作面超前支撑压力的分布规律,实测与数值计算结果相吻合。研究表明:在极软厚煤层大采高开采条件下,工作面围岩变形严重,煤壁破裂区和塑性区显著增大,影响范围和应力值增大,在工作面安全生产过程中应加强对煤壁片帮的控制,加大工作面超前支护范围。

深部矿区煤岩体强度测试与分析

基于钻孔触探法原理,开发出小孔径井下煤岩体强度测定装置。在实验室对34个煤岩样品进行试验:在煤岩块上钻取标准试件,测量单轴抗压强度;在留下的钻孔中,用煤岩体强度测定装置测定探针临界载荷,分析探针破坏钻孔壁煤岩的形态;然后确定煤岩块单轴抗压强度与探针临界载荷的关系。试验表明,探针破坏钻孔壁煤岩的形状、深度及范围与煤岩性质密切相关。煤岩体强度越高,破坏范围、侵入深度越小,破坏形状越规则。结合井下实测数据,回归得出描述探针临界载荷与煤岩体单轴抗压强度关系的公式。同时,分析临界载荷的离散性及控制措施,讨论结构面对煤岩体强度的影响及测试分析方法,并在典型的深部矿区——新汶矿区进行井下原位测试。新汶矿区巷道顶板不同岩性的岩层强度相差很大,不同矿井的岩层强度也存在明显差别。煤层强度由于煤帮出现破碎区、煤层性质不均匀、煤层结构面分布不均匀等原因变化较大,出现明显的波动。基于井下煤岩体强度实测数据的巷道支护设计,符合井下环境中的煤岩体条件,设计的合理性与可靠性显著提高,巷道围岩稳定性与支护状况得到明显改善。最后分析钻孔触探法存在的问题,并提出改进建议。

采场前方支承压力分布规律数值模拟研究

采煤工作面前方移动支承压力在矿压显现中起主导作用,往往是矿井复杂动力现象的力源。结合矿井具体地质条件,采用FLAC数值模拟研究煤层厚度、开采深度、煤体强度对支承压力分布特征的影响,得出在其它地质和生产技术条件一定的情况下,采场前方支承压力分布的基本规律,为确定采面前方支承压力影响区范围、回采巷道超前支护范围以及优化支护方案提供了参考。

沁南煤层气藏高渗区预测

煤层气高渗储层预测是勘探开发的前提和基础。根据沁南煤层气藏煤层气开发区块内的钻井资料,以岩体力学理论为指导,提出了利用对煤岩体变形起主导控制作用的岩体强度因子来预测高渗储层的新方法。通过分析强度因子、构造和储层渗透性的关系发现,沁南煤层气开发区块山西组3号煤的高渗区往往位于岩体强度因子较低的、岩体变形较强烈的褶皱轴部,特别是多期褶皱轴部叠加部位,强烈的变形使得这些部位的煤体裂隙较为发育。煤层气井产能分析结果也表明,目前的高产井大多数位于这一区域。

不同瓦斯钻孔倾角影响下煤岩单轴抗压强度研究

在工程中,瓦斯钻孔的倾角对煤岩体的强度具有影响,而具有一定倾角的瓦斯抽采钻孔的垂直剖面图多呈椭圆形。为了解决瓦斯抽放钻孔的破坏问题,从而更好的实现瓦斯抽采,控制井下的瓦斯含量,从理论上基于穆斯赫利什维里理论计算出钻孔边界最大应力位置在椭圆长轴边界处;通过数值模拟计算表明:随着钻孔与水平倾角的增大椭圆钻孔边界的最大应力呈线性增长;在实验室利用TAW-2000KN微机控制电液伺服岩石三轴刚性实验机进行钻孔煤样的单轴抗压强度实验,根据得到的实验数据,参考虎克布朗强度准则,利用线性回归的方法,给出钻孔倾角对煤岩体强度的影响公式。

岩体结构对含煤岩系变形的控制作用

含煤岩系变形规律的研究,对煤炭资源评价和开采、煤矿瓦斯灾害预测、煤层气的可开发性评价具有指导意义。基于含煤岩系的岩体结构是控制其变形的基础因素这一前提,以岩体力学和分形几何学基本理论为指导,提出取决于岩石杨氏模量和泊松比的岩体强度因子和取决于岩层厚度的分形维数两个参数,以断层发育的安阳双全井田、褶皱发育的沁水盆地煤层气开发区及滑动构造发育的荥巩谷山井田为例,系统探讨了岩体结构对含煤岩系变形的控制作用。研究表明,低强度因子和厚层岩层较多的分形维数低值区,含煤岩系以韧性变形为主,多形成褶皱,煤体变形程度深,为瓦斯灾害严重区和煤层气难以开发区;高强度因子和厚层岩层较少的分形维数高值区,含煤岩系以脆性变形为主,多发育断层,构造煤难以区域展布,只分布在断层附近。可见含煤岩系变形不仅与岩体强度有关,而且受岩层厚度的控制。统计层段内刚性岩层的存在增加了岩体强度,岩层复杂程度的增加同样提高了岩体强度。岩体力学和分形几何学的引入,为煤岩体变形行为和程度的描述和预测提供了一种新途径。

基于Weibull分布的煤体强度计算研究

以往矿山压力计算中多数使用煤体试件测试强度代替煤体强度进行计算,计算结果往往具有较大误差,针对此类问题,采用理论分析、实验室实验、数值模拟,数据拟合等手段研究了矿山工程中煤体强度的计算方法。结果表明:煤的强度具有一定的尺寸效应,测试试件边长越大,其强度越低;根据其尺寸特征,应用RFPA软件中的Weibull函数功能,模拟求解并拟合得出煤体强度与均质度和原煤强度之间的关系。定义了煤样标准强度为边长或直径为50 mm的煤试件强度,拟合得出煤样标准强度与原煤强度和煤体强度关系的表达式,可据此理论计算矿山工程中的煤体强度。

硫酸盐环境下煅烧煤矸石粉在混凝土中的作用

采用硫酸钠溶液长期浸泡法,以质量损失率、抗压强度、抗压强度变化率以及劈裂抗拉强度为评价指标,研究了硫酸盐环境下煅烧煤矸石粉在混凝土中的作用。结果表明:煅烧煤矸石粉等质量取代10%、20%、30%的水泥,浸泡至10个月,各试件的质量损失率随浸泡龄期增加均呈现减小的趋势,浸泡10~14个月,其质量损失率随掺量的增加而降低,且明显低于标准组;浸泡14个月时,不同取代率的煅烧煤矸石粉试件的劈裂抗拉强度和抗压强度均大于标准组,其抗压强度增加率分别为17.2%、22.4%、38.2%,而标准组混凝土试件的抗压强度下降率为51.5%,表明增加煅烧煤矸石粉掺量,明显有利于改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。

煤矿巷道锚杆预应力井下试验研究

为研究煤矿井下巷道锚杆预应力的影响因素,在塔然高勒煤矿井下巷道开展顶帮六组锚杆预紧扭矩与预应力的相关试验。结果表明,锚杆预应力随锚杆预紧扭矩增加而增大,呈现良好的正相关变化趋势;锚杆偏斜度严重影响锚杆预应力的大小,锚杆安装偏转角度越大,则锚杆预应力就越小;煤岩层强度也影响到锚杆预应力大小,其强度越高则锚杆预应力就越大。研究结果可为煤矿回采巷道锚杆预应力参数设计提供参考。

煤层断层形成的岩体综合强度分析

主要讨论在构造应力场相似条件下,煤层顶底板岩体力学性质与煤层断层之间的关系。文中利用了岩体综合强度表示方法。提出了煤层断层的形成受构造应力场和煤层顶底板岩体力学性质两个因素的控制,在岩体综合强度为某一区间时有利于煤层断层的发育。该方法可用于分析多煤层开采矿井或区域构造比较简单的矿井中煤层断层的形成。

李阳煤业15号煤地质力学现场测试与分析

煤岩体地质力学参数是矿山工程研究、设计及施工的基础,采用小孔径单孔多参数耦合地质力学快速测试系统对李阳煤业15号煤层的应力、强度及结构参数进行了测试。测试结果表明,李阳煤业15号煤层水平、垂直主应力分别为10.13,7.20 MPa,地应力场在量值上属于中等偏低构造应力场,应力场形式为σ_H>σ_h>σ_v,主应力方向为NWW;15号煤层直接顶板为中厚层状的泥岩或砂质泥岩,岩层厚度为8~10 m,强度值集中在25~35 MPa;15号煤体强度平均为13.73 MPa,且煤体完整性较差,节理和裂隙发育。测试结果对深化认识煤岩体物理力学特性,提高巷道设计的科学性、合理性与可靠性具有重要意义。

承压水体上下位煤层工作面采前底板岩体损伤破坏研究

为研究徐庄矿承压水体上近距离煤层上位7199工作面开采后对下位8199工作面采前底板岩体的损伤程度,将该矿8199工作面和姚桥矿7265工作面底板岩体进行对比,采用钻孔超声探测、岩芯室内超声透射及点载荷试验方法进行研究。研究表明:岩体弹性模量与岩体密度、岩性及完整性呈非线性正相关关系。徐庄矿8199工作面底板浅部砂质泥岩、砂岩受顶煤采动影响,损伤程度大,已散失原有的承载能力;中部完整泥岩段未受顶煤采动及逆断层影响,损伤程度弱;底部泥岩及灰岩段受逆断层影响严重,原始损伤程度大。力学试验验证了室内外声波测试结果的准确性,建立了泥岩、砂岩损伤前后强度-弹性模量数学关系式。分析成果对于相似条件下煤层底板破坏深度预计及工作面底板防治水等方面具有一定的参考意义。

抽采钻孔封孔参数影响特性数值模拟

针对绿塘煤矿瓦斯抽采工程现状,结合煤层赋存状况,对影响抽采钻孔封孔工艺的适用范围和效果的关键参数进行数值模拟。通过数值模拟条件分析,建立了数值模型,经过钻孔周围煤体塑性区域数值模拟和钻孔周围煤体位移数值模拟,确定了煤体强度、钻孔直径、埋深、注浆压力等参数影响规律。结果表明:煤体强度降低、孔径增大、开采深度增大、注浆压力不足均会使钻孔周围的破裂带范围增大,煤体向钻孔中心方向的位移增加。

未燃煤矸石粗骨料混凝土高温后的损伤研究

为研究未燃煤矸石粗骨料混凝土高温后的性能变化,进行了不同替代率的未燃煤矸石粗骨料混凝土高温试验。研究结果表明:受热温度和煤矸石替代率都是影响混凝土性能的重要因素;混凝土质量损失率随温度升高而增大,随替代率增大而增加;混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度在受到200℃的温度时略微升高,超过200℃后随温度升高不断降低,随替代率的增加其强度一直降低;利用超声检测中的单面平测法对高温后的混凝土进行损伤检测,发现混凝土在受到400℃的温度时开始出现损伤,损伤层厚度随着温度升高不断加深,并且损伤程度随替代率增加也越来越大;在受热温度为800℃时,从普通混凝土到100%替代率的未燃煤矸石粗骨料混凝土,其损伤层厚度也由25.14mm达到46.64mm。

质量分数对煤矸石基绿色充填体性能影响研究

针对煤矸石大量排放及粉煤灰应用造成的环境污染问题,以及以粉煤灰为掺和料的矸石胶结充填矸石利用率不高的问题,利用煤矸石粉作为掺和料,煤矸石作为粗细骨料制备不同质量分数的煤矸石基绿色胶结充填体(CGGCFB),分别测定工作性能(坍落度、扩展度和泌水率)、力学性能(单轴抗压强度)和耐水性,探究质量分数对其宏观性能的影响。结果表明,随着质量分数的增大,CGGCFB的坍落度、扩展度和泌水率减少,CGGCFB的单轴抗压强度逐渐增大,软化系数先减小后增大,耐水性先降低后增强。水对CGGCFB的影响主要有两方面原因:(1)CGGCFB的毛细孔隙具有表面张力;(2)CGGCFB接触的外部水压力及CGGCFB吸水后孔隙水压力作用。质量分数为82%的充填体性能比较合理,按此种配合比煤矸石的利用率提高至72%。本研究可进一步提高煤矸石资源化利用率,为煤矸石在矿山充填中应用提供理论参考。

二次风对骨料烘干煤粉燃烧器的影响分析

合理的参数选择是提高煤粉燃烧效率的关键。针对特定的煤粉燃烧器内部动力场,建立合理的数学模型,对其进行数值仿真,分析二次风的风速及旋流强度对温度场、燃烧率、平均混合物分数、CO质量分数的影响,其结果与燃烧理论有较好的一致性。进而得出二次风速度的合理取值范围为50m/s^60m/s,二次风旋流强度的合理取值范围为0.25~0.75,为煤粉燃烧的有效控制提供了理论基础。

煤岩体强度对注浆压裂裂隙形成规律影响分析

为了更深入了解不同强度的煤岩体注浆压裂的裂隙产生规律,通过RFPAflow软件建立二维应力应变模型,模拟了在不同强度的煤岩体下注浆过程中裂隙萌生、扩展直至模型失稳的全过程。结果表明,低强度煤岩体注浆时,注浆孔周围的应力集中,仅在其周围产生破裂而不能向外部扩散,浆液扩散困难;高强度煤岩体注浆时,浆液能量积蓄更为容易,裂隙扩散范围更大,浆液扩散范围也随之增加。研究结果揭示了不同强度的煤岩体注浆压裂裂隙产生规律,为现场实际工作进行理论指导。